Анализ микропроцессорных средств в устройствах управления электроприводами

Силовая электроника — раздел электронной техники, занимающийся управлением электроэнергетическими потоками посредством электронных приборов. Электронные элементы силовых приводов работают либо в линейных режимах (при небольших мощностях), либо в импульсных. Подавляющее большинство современных силовых устройств работает именно в импульсных режимах, так как только они обеспечивают высокий КПД при минимальных весогабаритных показателях.

Революционный этап развития силовой техники начался в 80-е годы с появлением технологии мощных полевых транзисторов MOSFET, биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT, управляемых симисторов TRIAC, тиристоров с управляемым затвором GTO. Одновременно создавались интегральные схемы управления этими приборами — драйверы, осуществляющие ряд сервисных функций: защита от перегрузки, формирование сигналов обратной связи, контроля и индикации.

Развитие микропроцессорной техники позволило создать специализированные микроконтроллеры, предназначенные для работы совместно с драйверами и решения конкретных проблем, таких как, например, управление электроприводом. Специализированные микроконтроллеры на сегодняшний день выпускаются многими фирмами. Среди них MOTOROLA, Analog DeviceS и ряд других. Архитектура их адаптирована для выполнения рекуррентных полиномиальных вычислений, что сокращает время расчета. Хорошим примером может служить 16-разрядный цифровой сигнальный процессор ADSP-2181 фирмы Analog DeviceS. Время реализации алгоритма ПИД-регулятора у него в 10 раз меньше, чем у самых быстродействующих на сегодняшний день микроконтроллеров SAB80C166 фирмы SIEMENS.

Однако, именно силовые каскады приводов, осуществляющие непосредственное управление исполнительными двигателями, остаются узлами, определяющими надежность всей системы, мощностные параметры и во многом стоимость. Поэтому разработка любого привода должна начинаться с оптимального выбора элементов для силового каскада, расчета режимов работы с учетом специфики их применения.

микроконтроллер сигнальный процессор управление

1. Высокопроизводительные встраиваемые системы управления двигателями на базе сигнального микроконтроллера TMS320F241

Рост функциональных возможностей цифровых систем управления позволил качественно решить задачу создания дружественного интерактивного интерфейса преобразовательной техники с оператором, а также задачу объединения нескольких приводов в локальную промышленную сеть. Последнее обстоятельство особенно важно при комплексной автоматизации производства.

26 стр., 12616 слов

Автоматизация управления коммерческого предприятия

... ООО Фирма «РИКА»; дать рекомендации по совершенствованию процесса автоматизации в системе управления ООО Фирма «РИКА». Объектом исследования в данной курсовой работе определено коммерческое предприятие ООО Фирма «РИКА», ... помощи современных средств автоматизации управления. Опыт показывает, что в наше время для решения этих задач не обойтись без помощи компьютерной техники, позволяющей в ...

Ниже описываются функциональные возможности и технические характеристики модульной микропроцессорной системы управления, предназначенной для встраивания в преобразователи частоты для управления асинхронными, синхронными, вентильными и вентильно-индукторными двигателями, а также в системы бесперебойного, стабилизированного и автономного питания. Основным элементом системы управления является универсальный контроллер MK9.1, построенный на специализированном сигнальном микроконтроллере фирмы Texas Instruements TMS320F241 со встроенной периферией, оптимизированной для эффективного решения задач управления двигателями. Дополнительно может поставляться плата пульта оперативного управления ПУ9.1 и плата модуля дискретного ввода/вывода MВВ9.1. Кроме того, для совместной работы с контроллером MK9.1 разработан ряд малогабаритных инверторов, ориентированных на управление обычными коллекторными двигателями постоянного тока, а также шаговыми двигателями. Разработка выполнена в Учебно-научно-консультационном центре “Texas Instruements-МЭИ”, изделия производятся Экспериментальным заводом научного приборостроения, г. Черноголовка, Московской области.

Контроллеры были разработаны для использования в отечественной серии преобразователей частоты “Универсал”, выпускаемой Заводом биомедицинского приборостроения, г. Пущино, Московской области (в диапазоне мощностей от сотен Вт до 150 кВт), но доступны и другим потребителям. Преимущественной сферой применения является область высококачественных, быстродействующих и широкодиапазонных систем векторного управления тяговыми приводами (электромобилей, трамваев, троллейбусов), приводами лифтов, подъёмников, кабельных автоматических линий. Контроллеры предназначены также для использования в станкостроении и робототехнике в приводах главного движения и подачи, для создания распределённых систем управления на базе CAN-интерфейса в задачах комплексной автоматизации производства. В последнем случае они могут выполнять функции не только управления двигателями и технологическим оборудованием, но и удалённого узла сбора аналоговой и цифровой информации о состоянии технологического процесса.

Универсальный контроллер МК9.1 для систем встроенного управления

Контроллер МК9.1 представляет собой четырёхслойную печатную плату размером 150×120 мм, встраиваемую в оборудование пользователя изготовленную по планарной технологии.

Центральный процессор

На плате контроллера в колодке 68 PLCC установлен специализированный сигнальный микроконтроллер фирмы Texas Instruments TMS320F241 из серии микроконтроллеров, предназначенных для управления двигателями TMS320x24x [1,2]. Он имеет модифицированную гарвардскую архитектуру и систему команд, рассчитанную на эффективное решение задач управления в реальном времени, а также мощный набор встроенных периферийных устройств, главным из которых является менеджер событий. Он представляет собой интеграцию высокопроизводительного многоканального процессора событий с многорежимным ШИМ-генератором. На кристалл интегрированы также квадратурный декодер, аналого-цифровой преобразователь, сторожевой таймер и контроллеры типовых интерфейсов CAN, SPI, SCI [1,2]. Микроконтроллер `F241 имеет следующие технические характеристики:

16 стр., 7788 слов

Система управления квадрокоптера

... БОРТОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ ПОРТАТИВНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 1.1 Основы работы квадрокоптера Квадрокоптер, по сути, родственник вертолета, радиоуправляемый беспилотный аппарат ... в воздушном пространстве. Простота эксплуатации. Освоить азы управления в короткие сроки способен даже ребенок. Нюанс, ... парой двигателей и не нуждается в смене угла поворота четырех и более моторов. Современный дрон квадрокоптер ...

· ядро, совместимое с ядром серии цифровых сигнальных процессоров TMS320x2xx;

  • производительность 20 млн.оп./с, цикл выполнения команды 50 нс;
  • возможность поставки в промышленном (-40° ё—+85°С) и автомобильном (-40° ё +125°С) температурных диапазонах;
  • 544 слова (x16 бит) встроенной на кристалл памяти программ/данных двойного доступа (DARAM);
  • 8 Кслов (x16 бит) встроенной флэш-памяти с возможностью перепрограммирования по последовательному каналу связи RS-232 непосредственно от персонального компьютера и секторной организацией по 1 Кслов;
  • 8 ШИМ выходов, 6 из которых позволяют непосредственно управлять 3-фазными инверторами напряжения в режимах фронтальной, центрированной или векторной ШИМ;
  • 5 каналов сравнения (в том числе, с режимом ШИМ);
  • 3 канала захвата (2 из них поддерживают квадратурный режим ввода сигналов с импульсных датчиков положения);
  • 10-разрядный АЦП с 8-канальным мультиплексором, временем преобразования на один канал 850 нс, возможностью организации псевдоодновременных выборок данных по двум каналам за время 1,7 мкс, а также различными режимами запуска процесса преобразования, в том числе, по началу периода ШИМ;
  • встроенный контроллер CAN-интерфейса с протоколом 2.0В для построения промышленных сетей распределённого управления оборудованием;
  • 26 программно конфигурируемых линий дискретного ввода/вывода, совмещённых со специальными функциями;
  • встроенный модуль тактового генератора;
  • сторожевой таймер;
  • встроенный последовательный коммуникационный интерфейс SCI;
  • встроенный последовательный периферийный интерфейс SPI;
  • JTAG-интерфейс для тестирования и внутрисхемной эмуляции.

Микроконтроллер `F241, в отличие от базовой модели семейства `F240, а также от микроконтроллеров `F243, не содержит интерфейса с внешней памятью и периферийными устройствами. Его корпус имеет вдвое меньшее число выводов, что упрощает разводку платы и уменьшает стоимость системы управления. Перед началом проектирования контроллера была проведена оценка требуемых ресурсов центрального процессора (объёма памяти программ, памяти данных, производительности) для решения следующих типовых задач:

  • векторное управление асинхронными двигателями с наблюдателями положения и скорости двигателя, математической моделью ротора и статора, блоком компенсации ЭДС, блоком векторной ШИМ-модуляции, блоками преобразований координат, цифровых регуляторов и фильтров, блоком управления приёмом рекуперативной энергии, блоком типовых защит, блоком поддержки интерфейса с оператором и системой управления более высокого уровня;
  • векторное управление вентильно-индукторными двигателями с независимым возбуждением и возбуждением от постоянных магнитов, примерно с тем же самым набором блоков, как и в случае выше;
  • векторное управление синхронными и шаговыми двигателями, включая поддержку режимов позиционного и контурного управления.

Первая задача оказалась самой сложной — для её решения требуется объём кодовой памяти 6-7 Кслов при производительности процессора не менее 15 млн.оп./с. Все остальные задачи оказались менее ресурсоёмкими. Таким образом, `F241 по производительности и объёму встроенной памяти пригоден для решения задач векторного управления современными приводами переменного тока. Более того, его ресурсов может быть вполне достаточно для решения и ряда вспомогательных задач, в частности, автоматической идентификации параметров привода в процессе пуско-наладки, адаптации системы управления к изменяющимся условиям эксплуатации и прочего.

7 стр., 3077 слов

Исследование алгоритмов управления электроприводами мобильного робота

... алгоритмов управления электроприводами для мобильных роботов. Основные задачи исследования: Исследование алгоритмов управления мобильного робота; Разработка мобильного робота с использованием алгоритмов управления электроприводами; Выбор микроконтроллера и аппаратной части робота; Технология быстрого прототипирования; Реализация математической модели мобильного робота с ...

2. 8-разрядные RISC микроконтроллеры

Реализация концепции RISC-архитектуры в 8-разрядных микроконтроллерах существенно расширила среду их применения. К традиционным приложениям таких МК (телекоммуникации, системы сбора данных, системы охраны, автоэлектроника, системы отображения информации и т. д.) сегодня прибавляются такие, где раньше использовались только более мощные 16- и 32-разрядные процессоры с функцией цифровой обработки сигналов, например, обработка видеосигналов и векторное управление электроприводом. Продвижение 8-разрядных RISC-микроконтроллеров на этот рынок произошло во многом благодаря тому, что они нередко предлагают оптимальное соотношение производительности и цены.

Давным-давно, ещё в те времена, когда микропроцессоры работали медленно, использовали шины байтовой ширины, выполняли команды за невообразимое количество машинных тактов и страдали от аккумуляторного “бутылочного горлышка”, нашлись люди, не желающие мириться с подобным положением вещей. Они сформировали концепцию RISC-архитектуры — процессора с сокращённым набором команд, которые выполнялись бы в идеале за один машинный такт. Почему сократился набор команд — понятно: чем команда короче, тем быстрее она считывается и выполняется. Затем был разделён доступ между памятью программ и памятью данных. Увеличение разрядности шины, по которой считываются инструкции до 12, 16 и даже 22 разрядов, позволило использовать очень мощные команды. Последующий отказ от архитектуры с регистром-аккумулятором в пользу регистрового файла, где каждый регистр “сам себе аккумулятор“, позволил ещё больше поднять производительность процессора.

Современные 8-разрядные RISC-микроконтроллеры занимают промежуточную нишу по своим техническим характеристикам между классическими 8-разрядными микроконтроллерами и их 16-разрядными кузенами. Высокая производительность и меньшая, чем у 16-разрядных МК, цена превращают RISC-микроконтроллеры в мощный инструмент для построения эффективных многофункциональных контроллеров, используемых в самых разнообразных приложениях.

В нижеследующем обзоре дана попытка свести воедино информацию по наиболее известным семействам с префиксом RISC.

2.1 Микроконтроллеры MICROCHIP PICmicro family

Первые микроконтроллеры компании MICROCHIP PIC16C5x появились в конце 80-х годов и благодаря своей высокой производительности и низкой стоимости составили серьёзную конкуренцию производимым в то время 8-разрядным МК с CISC-архитектурой.

Первое, что привлекает внимание в PIC-контроллерах — это простота и эффективность. В основу концепции PIC, единую для всех выпускаемых семейств, была положена RISC-архитектура с системой простых однословных команд, применение встроенной памяти программ и данных и малое энергопотребление.

4 стр., 1506 слов

Принцип автоматического исполнения программ в ЭВМ

... автоматическом выполнении команд программы. В связи с поставленной целью, необходимо решить следующие задачи: Рассмотреть основные принципы работы ПК; Определить состав основных устройств ЭВМ и их назначение; Обобщая данные о разработке проблемы автоматического исполнения программ в ЭВМ, ...

Система команд базового семейства PIC165x содержит только 33 команды. Как ни странно, и это сыграло свою роль в популяризации PIC-контроллеров. Все команды (кроме команд перехода) выполняются за один машинный цикл (или четыре машинных такта) с перекрытием по времени выборок команд и их исполнения, что позволяет достичь производительности до 5 MIPS при тактовой частоте 20 МГц.

Микроконтроллеры PIC имеют симметричную систему команд, позволяющую выполнять операции с любым регистром, используя любой метод адресации. Правда, разработчики MICROCHIP так и не смогли отказаться от любимой всеми структуры с регистром-аккумулятором, необходимым участником всех операций с двумя операндами. Зато теперь пользователь может сохранять результат операции на выбор, где пожелает, в самом регистре-аккумуляторе или во втором регистре, используемом для операции. В настоящее время MICROCHIP выпускает четыре основных семейства 8-разрядных RISC-микроконтроллеров, совместимых снизу вверх по программному коду:

  • базовое семейство PIC15Cx с 12-разрядными командами, простые недорогие микроконтроллеры с минимальной периферией;
  • PIC12Cxxx с 12-разрядными командами со встроенным тактовым генератором, выпускаемые в миниатюрном 8-выводном исполнении. Не так давно был анонсирован очередной такой “малыш” c внутренним 8-разрядным 4-канальным АЦП;
  • Mid-range PIC16x/7x/8x/9x с 14-разрядными командами.

Наиболее многочисленное семейство, объединяющее микроконтроллеры с разнообразными периферийными устройствами, в число которых входят аналоговые компараторы, аналогово-цифровые преобразователи, контроллеры последовательных интерфейсов SPI, USART и I2C, таймеры-счётчики, модули захвата/сравнения, широтно-импульсные модуляторы, сторожевые таймеры, супервизорные схемы и так далее;

— High-end PIC17C4x/5xx высокопроизводительные микроконтроллеры с расширенной системой команд 16-разрядного формата, работающие на частоте до 33 МГц, с объёмом памяти программ до 16 Кслов. Кроме обширной периферии почти все микроконтроллеры этого семейства имеют встроенный аппаратный умножитель 8ґ8, выполняющий операцию умножения за один машинный цикл.

Большинство PIC-контроллеров выпускаются с однократно программируемой памятью программ OTP с возможностью внутрисхемного программирования или масочным ROM. Для целей отладки предлагаются версии с ультрафиолетовым стиранием, надо признать, не очень дешёвые. Полное количество выпускаемых модификаций PIC-контроллеров составляет порядка пятисот наименований. Как не без основания утверждает MICROCHIP, продукция компании перекрывает весь диапазон применений 8-разрядных микроконтроллеров.

Особый акцент MICROСHIP делает на максимально возможное снижение энергопотребления для выпускаемых микроконтроллеров. При работе на частоте 4 МГц PIC-контроллеры, в зависимости от модели, имеют ток потребления меньше 1,5 мА, а при работе на частоте 32,768 КГц — ниже 15 мкА. Поддерживается “спящий” режим работы. Диапазон питающих напряжений PIC-контроллеров составляет 2,0…6,0 В.

В настоящее время готовится к запуску в производство новое пятое семейство PIC-контроллеров PIC18Cxxx. Новые микроконтроллеры будут иметь расширенное RISC-ядро, оптимизированное под использование нового Си-компилятора, адресное пространство программ до 2 Мбайт, до 4 Кбайт встроенной памяти данных и производительность 10 MIPS.

9 стр., 4419 слов

Разрядный генератор псевдослучайных чисел

... минимальное время выполнения программы - 75.2 мкС максимальное время выполнения программы - 220.8 мкС 3 Себестоимость Себестоимость схемы генератора псевдослучайных чисел рассчитывается с учетом ... КР580ИК80А являющегося функционально законченным однокристальным параллельным 8-ми разрядным микропроцессором с фиксированной системой команд. Курсовая работа включает в себя расчет себестоимости, ...

2.2 Микроконтроллеры с CAN-интерфейсом

Микроконтроллеры с CAN-интерфейсом интересны, прежде всего, для разработчиков технологического оборудования, промышленной электроники, систем сбора данных. Наличие встроенного узла освобождает центральный процессор от рутинной работы обеспечения передачи и приёма кадров данных.

Долгожданная модель PIC-контроллера с CAN-интерфейсом PIC18C658/858 поступит в продажу в ближайшие месяцы. Её можно считать прародителем всех модификаций PICmicro с CAN в связи с тем, что встроенный модуль CAN2.0B одинаков для всех моделей PIC. Это позволяет переносить наработанное ПО с одной модели PIC на другую практически без изменений. Модуль CAN имеет 3 буфера-передатчика, 2 буфера-приёмника, 2 маски и 6 фильтров. Длина идентификатора — 29 бит. Скорость передачи данных — 2 Мбит/с. Архитектура и возможности встроенного модуля CAN полностью соответствует MCP2510 (CAN-контроллер фирмы MICROCHIP) с точностью до адресов регистров управления и буферов данных.

PIC18C658/858 (ядро PICmicro18): 68pin/88pin, 32 Kбайт ROM, 1536 байт RAM, 52-68 I/O, 2-уровневая система прерываний, 2 аналоговых компаратора, АЦП 12ch-16ch@10bit с возможностью измерения в спящем режиме, 4 таймера, переключение тактовой частоты на T1/T3, 2 модуля CCP, 9 бит USART, модуль MSSP (SPI 4 режима / I2C master и slave), LVD/BOR.

Заметим, что самой интересной моделью PIC-контроллеров с CAN-интерфейсом, качественно расширяющей области их применения в промышленной электронике и автоматике, является PIC18F653. Это микроконтроллер со встроенной схемой управления двигателями. Все периферийные устройства, интегрированные в PIC18F653, в той или иной комбинации встречаются и в других моделях PICmicro. Главное, что выделяет именно этот прибор — количество широтно-импульсных модуляторов управления: 6 независимых или 3 комплементарных канала 12-разрядных PWM со встроенной функцией аппаратной защиты от сбоя с разрешающей способностью в 100 нс при тактовой частоте 10 МГц и программируемой задержкой включения комплементарных выходов. Возможности измерения аналоговых сигналов расширены оригинальным АЦП с возможностью одновременного измерения по двум каналам со скоростью 200 К выборок в секунду.

PIC18F653 (ядро PICmicro18): 68pin, 32-Kb Flash, 1536 RAM, 256 EEPROM, 52 I/O, умножитель 8ґ8, 2-уровневая система прерываний, стек 31, 2 аналоговых компаратора, АЦП 10ch@10-bit, 4 таймера, переключение тактовой частоты на T1/T3, 2 модуля CCP, 9 бит USART, модуль MSSP (SPI 4режима / I2C master и slave), LVD/BOR, ICD.

Миниатюризация оборудования и снижение стоимости вскоре сделают популярным PIC18F258 — недавно анонсированный 28-pin микроконтроллер с CAN-интерфейсом. Это первый в мире микроконтроллер в 28-выводном корпусе с CAN-шиной. Не секрет, что серийный выпуск анонсируемых приборов начинается через полгода-год с момента появления первых сведений о нём. Принимая это во внимание и учитывая, что новые микроконтроллеры появятся, в лучшем случае, в ближайшие месяцы, назревает вопрос — что надо предпринять для их упреждающего использования?

Уже сейчас разработчик может собрать прототип устройства с CAN-шиной из двух узлов — микроконтроллера PIC18C452 и MCP2510. Всё программное обеспечение, созданное для этой конфигурации, может быть в дальнейшем перенесено на микроконтроллер со встроенным CAN-контроллером.

14 стр., 6945 слов

Автоматизация работы с базами данных

... Pascal для автоматизации процесса работы с небольшими БД. Для наиболее эффективного использования ресурсов ЭВМ и обеспечения хорошей скорости обработки данных необходимо использовать динамические структуры данных. 1. ... случае содержательная постановка задачи - это задание на выполнение курсовой работы. Название и содержание работы приведены в варианте. Вариант 18. «Отдел кадров» Используя двоичное ...

PIC18F258/458: 28pin/40pin, 32 Kбайт Flash, 1536 RAM, 256 EEPROM, 22 I/O, АЦП 5ch@10bit, 4 таймера, переключение тактовой частоты на T1/T3, CCP (PWM), 9 бит USART, модуль MSSP (SPI 4 режима / I2C master и slave), LVD/BOR, ICD.

Кстати, использование MCP2510 с микроконтроллером PIC16C505 даёт самую дешёвую реализацию узла шины с простыми пользовательскими функциями, такими как обслуживание кнопок, индикаторов и прочих подобных устройств.

Сдерживающим фактором широкого распространения CAN-шины является относительно высокая стоимость периферийного CAN-узла. Вскоре с выпуском новой серии дешёвых контроллеров MCP250XXX эта проблема будет решена.

Очень часто от узла CAN требуются минимальные функции ввода/вывода логических сигналов, аналого-цифрового преобразования или широтно-импульсной модуляции, а также невысокая цена. Именно MICROCHIP впервые в мире предложил оригинальные контроллеры серии MCP250XXX с малым количеством выводов и предельно низкой ценой, предназначенные для систем с большим количеством CAN-узлов.

В каких же ещё PIC-контроллерах можно найти CAN-интерфейс? К выпуску запланированы следующие модели: PIC18C958 (100 pin); PIC18C858, PIC18F868 (80 pin); PIC18F458 (Flash, 40 pin).

Особенно интересны 100 pin PIC18C958: в нём, кроме 32 Kb EPROM линейной памяти программ на кристалле, также существует возможность подключения до 2 Mбит линейно-адресуемой внешней памяти программ.

2.3 Микроконтроллеры с USB-интерфейсом

Растущая популярность USB-интерфейса продиктовала необходимость создания недорогих малогабаритных микроконтроллеров со встроенным модулем USB. Все модели PICmicro с таким интерфейсом имеют 14-бит ядро c элементами PICmicro18 типа внутреннего умножителя частоты (PLL).

PIC16F745/765 (ядро14 бит): 28/40 pin, 8 Kслов памяти программ, 256 байт SRAM, USB1.1 (LowSpeed), 2-канальный модуль Capture/Compare/PWM (CCP), 8-бит АЦП, последовательный интерфейс USART.

PIC16F747/767 (ядро14 бит): 28/40 pin, 8 Kслов памяти программ, 256 байт SRAM, USB1.1 (LowSpeed), 2-канальный модуль Capture/Compare/PWM (CCP), 8-бит АЦП, модуль MSSP (SPI 4 режима / I2C master и slave).

Модели 745 и 747 отличаются только типом встроенного последовательного интерфейса — USART или MSSP.

Из программных средств отладки наиболее известны и доступны различные версии ассемблеров, а также интегрированная программная среда MPLAB. Российские производители программаторов и аппаратных отладочных средств также уделяют внимание PIC-контроллерам. Выпускаются как специализированные программаторы, такие как PICPROG, программирующие почти весь спектр PIC-микроконтроллеров, так и универсальные: UNIPRO, СТЕРХ, поддерживающие наиболее известные версии PIC.

3. 8-разрядные микроконтроллеры

Вслед за быстрыми 8-разрядными RISC МК, аккумулировавшими все технические достижения последнего десятилетия, а затем и микросхемами известных западных фирм, пришла очередь микроконтроллеров японских и южнокорейских компаний. Десятилетиями, с момента возникновения рынка 8-разрядных микропроцессорных устройств, японские корпорации шли бок о бок со своими западными конкурентами, забрав в итоге под свой контроль до 40% рынка 8-разрядных микроконтроллеров. Естественно, деление МК на восточные и западные достаточно условно, большинство японских компаний имеют свои исследовательские и технические центры на Западе, и наоборот. Стоит только, к примеру, вспомнить, что первые микропроцессоры 4004 были заказаны у INTEL заказчиком из страны восходящего солнца.

7 стр., 3493 слов

По : «Двигательная память. Автоматизация движений»

... и навыков. 4. Двигательные навыки. Итак, проанализировав понятия «двигательная память», «автоматизация движений», «навык», я пришел к следующему термину «двигательные навыки». Среди многочисленных ... достижению поставленной цели?» «Что связывает понятия «двигательная память» и «автоматизация движений?» Основная часть. Двигательная память. Поскольку память включена во все многообразие жизни и ...

3.1 Микроконтроллеры SAMSUNG. SAM86, SAM88

8-разрядные микроконтроллеры SAM86 южнокорейской компании Samsung Electronics послужат нам переходным мостиком между известным Западом и таинственным Востоком. Микроконтроллеры этого семейства разработаны на основе ядра Z8 компании ZiLOG (№1, 2000 г.), но имеют несколько видоизмененную архитектуру и более простую систему команд.

Процессор SAM86, как и Z8, адресует три области памяти: регистровый файл, включающий от 112 до 208 регистров общего назначения, память программ до 8 Кбайт и память данных.

Как и инженеры ZiLOG, создавшие следующее поколение Z8Plus, разработчики Samsung также не остановились на достигнутом и разработали улучшенное процессорное ядро SAM88, адресующее до 64 Кбайт памяти программ и данных.

В систему команд SAM88 вернулись команды работы с 16-разрядными операндами, команды загрузки с автоинкрементом, команды двоично-десятичной арифметики. Появились новые инструкции, отсутствовавшие в Z8, такие как команды умножения (24 системных цикла процессора), команды деления 16/8 (12 системных циклов), команды битовых операций, включающие в себя инструкции логических операций с битами. В результате, количество команд увеличилось с 41 до 78 инструкций.

Минимальное время исполнения инструкций SAM86 и SAM88 составляет 750 нс при внешней тактовой частоте 8 МГц (для регистровых операций), что соответствует аналогичным характеристикам Z8. Некоторые версии микроконтроллеров SAM работают на тактовых частотах до 25 МГц.

В настоящее время выпускается около 40 моделей микроконтроллеров KS86 и KS88, построенных, соответственно, на основе процессоров SAM86 и SAM88. Для большинства производимых МК доступны однократно программируемые версии (ОТР).

Поскольку Samsung является довольно большой корпорацией, преуспевающей во многих областях производственной технической деятельности, то не стал удивительным тот факт, что многие модели выпускаемых МК приобрели полузаказной характер, соответствующий приложению, где они применяются. Так появились микроконтроллеры для аудио- и видеоприложений, для работы с жидкокристаллическими индикаторами, микроконтроллеры, встраиваемые в пластиковые карты, контроллеры шины USB и так далее.

Кроме специализированных МК, Samsung Electronics выпускает 19 моделей микроконтроллеров общего назначения, в число которых входят микросхемы обоих подсемейств KS86 и KS88. Кроме архитектурных отличий, микроконтроллеры KS88 имеют также расширенный регистровый файл (до 1040 байт, доступных в страничном режиме) и, как правило, больший объём внутренней памяти программ (от 16 до 32 Кбайт).

Производимые Samsung МК отличает большое разнообразие таймерных модулей на основе семи типов 8- и 16-разрядных таймеров-счётчиков, различающихся реализуемыми функциями.

5 стр., 2482 слов

Новейшая разрядно-импульсная технология укладки бетона

... приобретает дополнительную жесткость. Впервые в мире - грунтовые анкера, изготовленные по разрядно - импульсной технологии. Грунтовые анкера и нагели являются относительно новыми для отечественного строительства ... Схема обработки скважины по разрядно-импульсной технологии 1- ствол сваи после обработки; 2- излучатель энергии; 3- разрядная станция; 4- растворонасос; 5- зона цементного грунта; 6- зона ...

В таймерный блок могут входить 8-разрядный базовый таймер с возможностью работы в качестве сторожевого таймера, 8- и 16-разрядные таймеры-счётчики, реализующие функции ШИМ, счёта внешних событий, входного захвата, счёта с автоперезагрузкой.

В периферию МК общего назначения также входят:

  • два типа аналогово-цифровых преобразователей с разрядностью 8 и 10 бит и числом каналов от 4 до 12. Длительность цикла преобразования составляет для 8-разрядного АЦП 24 мкс, а для 10-разрядного АЦП — 25 мкс при внешней тактовой частоте 8 МГц. Кроме этого, аналоговый блок может включать схему детектора перехода состояния внешнего вывода через ноль (zero cross detection);
  • ШИМ-контроллер. В зависимости от модели, он может быть одноканальным или двухканальным с разрешением от 8 до 14 бит;
  • блок прерываний поддерживает до 11 внутренних и 12 внешних источников прерываний;
  • система последовательного интерфейса представлена UART (до двух на кристалле), синхронным интерфейсом SCI, а также контроллером I2C.

Почти все микроконтроллеры общего назначения имеют специальный встроенный генератор сигналов звуковой частоты от 20 Гц до 20 КГц (buzzer output).

Наиболее дешёвые версии МК KS86 и KS88 выпускаются в 16/18/20/32/40-выводных пластиковых корпусах.

Большинство микроконтроллеров начинают работать при напряжении питания 2,7 В, некоторые версии ещё более “низковольтны” и устойчиво работают при напряжении 2 В.

Аппаратные отладочные средства для МК представлены внутрисхемным полнофункциональным эмулятором SMD32. Из программных средств доступны ассемблеры SASM88 и SAMA ASSEMBLER. Известный поставщик программных продуктов IAR Systems, так же поддерживает программное обеспечение для 8-разрядных микроконтроллеров Samsung.

3.2 Микроконтроллеры PANASONIC. MN10100

Cамые быстрые 8-разрядные микроконтроллеры семейства MN10100 компании PANASONIC имеют 100-нс минимальный цикл исполнения команд и обеспечивают неплохую конкуренцию своим западным собратьям. Panasonic производит полный спектр устройств с разрядностью от 4 до 32 бит на основе общей идеологии, позволяющей разработчику без больших умственных усилий плавно переходить от 4-разрядной архитектуры к 8-разрядной, от 8-разрядных МК MN10100 к 16-разрядным кристаллам MN10200 и так далее. К настоящему времени известно 26 базовых представителей серии MN101C00 и 9 моделей микроконтроллеров MN101D00 с расширенными функциональными возможностями.

Процессор содержит 9 системных регистров. 19-разрядный счётчик команд адресует 256 Кбайт памяти программ и данных, разделяющих общее адресное пространство, правда, область данных ограничена только первыми 64 Кбайт (может и не хватить!).

Вообще-то 19 разрядов хватает на адресацию 512 Кбайт памяти, но процессор MN10100 имеет возможность адресовать память потетрадно (рудимент, оставшийся в наследство от предыдущего 4-разрядного семейства).

Два 16-разрядных адресных регистра с возможностью индексации и 16-разрядный регистр стека адресуют до 64 Кбайт памяти. Четыре 8-разрядных регистра общего назначения, объединяемые по мере необходимости в две 16-разрядные регистровые пары используются для арифметических, логических и сдвиговых операций.

Для повышения производительности используется трёхуровневый конвейер команд (занесение инструкции, декодирование, выполнение и сохранение результатов).

Достаточно простая система команд содержит 37 основных инструкций, поддерживающих как 8-бит, так и 16-бит операции. Команды поддержки 16-разрядных операндов включают в себя операции пересылки, сложения, вычитания, сравнения. Кроме этого, в набор команд входят инструкции битовых операций, сброс, установка, проверка, а также команды умножения 8*8 и деления 16/8, выполняемых соответственно за 8 и 9 системных циклов. Команды могут иметь длину, кратную не только байту, но и 4 бит. Процессор работает на внутренней тактовой частоте 10 МГц и выполняет большинство команд за 2-5 системных циклов. Самые быстрые команды требуют на исполнение всего один цикл процессора. Инструкции 16-разрядных операций требуют соответственно больше времени на выполнение (до 7 циклов).

Микроконтроллеры MC10100 обладают встроенным однократно программируемым или масочным ПЗУ объёмом от 16 до 128 Кбайт и ёмко-стью ОЗУ от 256 байт до 10 Кбайт. В состав внутреннего ОЗУ входят 256 байт памяти с короткой адресацией, то есть с более быстрым доступом. Область памяти программ содержит таблицу адресов наиболее часто используемых подпрограмм.

Номенклатура периферийных устройств включает в себя следующие компоненты:

  • 8-канальный 10-разрядный АЦП со временем преобразования до 9 мкс и схема детектора пере-хода через нуль AC Zero-cross detection;
  • таймерный модуль построен на основе 8- и 16-разрядных таймеров-счётчиков, реализующих функции каскадирования, счёта внешних событий, генерацию синхронизирующих импульсов для систем с дистанционным управлением, широтно-импульсной модуляции.

В зависимости от версии, микроконтроллер может содержать до шести 8-разрядных и двух 16-разрядных таймеров-счётчиков на кристалле. В таймерный блок также входят сторожевой таймер и таймер подсчёта временной базы;

  • драйверы жидкокристаллических и флуоресцентных индикаторов;
  • система последовательного ввода/вывода представлена асинхронным UART и синхронным SCI. Многие МК содержат контроллеры шины I2C;
  • устройство контроля автоматической передачи данных, которое по своим функциям сходно с контроллером ПДП, но осуществляет передачу блочную данных в память только от периферийных устройств, таких как АЦП, таймерный блок, система последовательного интерфейса;
  • блок прерываний поддерживает до 28 источников прерываний.

Микроконтроллеры MN10100 могут работать в одном из трёх режимов обращения к памяти: однокристальном, расширенном (адресуется как внутреннее, так и внешнее ПЗУ) и в процессорном, когда обращение идёт только к внешнему ПЗУ.

МК MN10100 за одним исключением имеют большое количество линий ввода/вывода (от 54 до 88) и выпускаются в многовыводных корпусах QFP с 64/80/100 выводами.

Минимальное рабочее напряжения для гарантированной работы микроконтроллеров в зависимости от версии составляет 2, 2,7 и 4,5 В.

Программные средства для МК включают кросс-ассемблер, С-компилятор, программный отладчик.